隨著科技的飛速發(fā)展，人形機(jī)器人正逐步從科幻電影走進(jìn)現(xiàn)實(shí)生活。作為人形機(jī)器人關(guān)節(jié)的核心部件，軸承軸承主要應(yīng)用在減速器、電機(jī)、絲杠等部件，在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度、穩(wěn)定性以及使用壽命方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
用途與分類
軸承的核心作用是降低摩擦、輔助旋轉(zhuǎn)并承載負(fù)荷，在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中扮演著兩個(gè)關(guān)鍵角色：一是它通過(guò)減少轉(zhuǎn)軸與其支撐部件間的摩擦，有效降低能耗，確保旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)更為流暢；二是它在轉(zhuǎn)軸與支撐部件間起到中介作用，既保護(hù)支撐部件免受損害，又確保轉(zhuǎn)軸能夠穩(wěn)定地維持在預(yù)定位置。
此外，軸承日常會(huì)承受來(lái)自不同方向的力，這樣的力叫做“負(fù)荷”，主要分為徑向與軸向兩種，其中與軸垂直的力叫做徑向負(fù)荷/徑向力，與軸同方向的力叫做軸向負(fù)荷/軸向力。
按照軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸與軸承座間不同的摩擦性質(zhì)，可劃分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩大類：滑動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)方式是滑動(dòng)，起關(guān)鍵作用的是其制作材料，運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)、無(wú)噪音，但起動(dòng)時(shí)阻力相對(duì)較大，一般應(yīng)用于低速重載工況場(chǎng)景；滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)方式則是滾動(dòng)，由于滾動(dòng)體的存在，其更能減輕摩擦，減少旋轉(zhuǎn)能量的消耗，因此應(yīng)用更為廣泛。
與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承因摩擦更小，旋轉(zhuǎn)更順暢，能量消耗較低，在人形機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用。常見(jiàn)的滾動(dòng)軸承類型有深溝球軸承、四點(diǎn)接觸球軸承、角接觸球軸承、交叉滾子軸承等。
滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)對(duì)比
典型的滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)主要包括內(nèi)外兩個(gè)套圈、滾動(dòng)體以及保持架，部分軸承還會(huì)配備密封裝置。其中，套圈作為軸承中成本最高昂的部分，約占整體成本的35%。內(nèi)套圈與軸緊密配合，共同實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能；而外套圈則與軸承座相配合，起到關(guān)鍵的支撐作用。滾動(dòng)體被巧妙地安置在內(nèi)、外套圈之間，并通過(guò)保持架保持適當(dāng)?shù)拈g距，確保其在運(yùn)作時(shí)能夠平滑地滾動(dòng)。
滾動(dòng)軸承的分類方式多種多樣，每種分類方式都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和選擇依據(jù)。在選擇滾動(dòng)軸承時(shí)，需要根據(jù)具體的工作條件、載荷特性、轉(zhuǎn)速要求以及安裝空間等因素進(jìn)行綜合考慮。以下是幾種主要的分類方法：
1）按承受負(fù)荷時(shí)作用于套圈與滾動(dòng)體之間的負(fù)荷方向與垂直于軸承中心線的平面所形成角度的不同
向心軸承：主要承受徑向載荷，其公稱接觸角（即軸承在正常狀態(tài)下，滾動(dòng)體和內(nèi)圈及外圈溝道接觸點(diǎn)的法線與軸心線的垂直平面之間的夾角）的范圍是0°至45°。當(dāng)公稱接觸角為0°時(shí)，稱為徑向接觸軸承；公稱接觸角大于0°且小于45°時(shí)，稱為角接觸向心軸承。
推力軸承：主要承受軸向載荷，其公稱接觸角的范圍是45°至90°。公稱接觸角為90°時(shí)，稱為軸向接觸軸承；公稱接觸角大于45°且小于90°時(shí)，稱為推力角接觸球軸承。
此外，還有組合軸承，它既可以承受徑向載荷也可以承受軸向載荷，一般是由向心軸承和推力軸承組合而成的。
2）按滾動(dòng)體結(jié)構(gòu)的不同
球軸承：滾動(dòng)體為球，如深溝球軸承、角接觸球軸承、推力球軸承等。深溝球軸承主要用于承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷。角接觸球軸承極限轉(zhuǎn)速較高，可同時(shí)承受徑向和軸向的復(fù)合載荷，也可以承受純軸向載荷，其軸向載荷能力隨著接觸角的增大而增加。推力球軸承專為承受軸向載荷而設(shè)計(jì)，不適用于承受徑向載荷。
滾子軸承：滾動(dòng)體為滾子，如圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、調(diào)心滾子軸承等。圓柱滾子軸承的滾子通常由一個(gè)軸承套圈的兩個(gè)擋邊引導(dǎo)，屬于可分離軸承，安裝、拆卸比較方便。此類軸承一般只用于承受徑向載荷，只有內(nèi)外圈均帶擋邊的單列軸承可承受較小的定常軸向載荷或較大的間歇軸向載荷。滾針軸承的滾動(dòng)體是滾針，其長(zhǎng)度與直徑之比大于3，且直徑小于5mm。圓錐滾子軸承裝有圓臺(tái)形滾子（大端為球面），滾子由滾道圈（軸圈、座圈）擋邊準(zhǔn)確引導(dǎo)，適用于承受純軸向負(fù)荷或軸向負(fù)荷成份較大的合成負(fù)荷。調(diào)心滾子軸承的滾子是球面滾子，具有調(diào)心性能，可自動(dòng)調(diào)整因軸或外殼的撓曲或不同心引起的軸心不正，因此可承受徑向負(fù)荷與雙向軸向負(fù)荷。
3）按滾動(dòng)體的列數(shù)
單列軸承：指具有一列滾動(dòng)體的軸承，如單列深溝球軸承、單列角接觸球軸承等。
雙列軸承：指的是具有兩列滾動(dòng)體的軸承，如雙列圓柱滾子軸承、雙列圓錐滾子軸承等。
多列軸承：指具有多于兩列滾動(dòng)體并承受同一方向載荷的軸承，如三列軸承、四列軸承等。
應(yīng)用場(chǎng)景：減速器+絲杠+電機(jī)
人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)與線性運(yùn)動(dòng)，這背后離不開軸承的關(guān)鍵作用。軸承在人形機(jī)器人中主要分布在減速裝置以及關(guān)節(jié)的連接部位，為機(jī)器人的靈活運(yùn)動(dòng)提供支撐。
1）在關(guān)節(jié)連接上，人形機(jī)器人必須依賴軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。線性關(guān)節(jié)常采用深溝球軸承與四點(diǎn)接觸軸承，而旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)則多選用角接觸軸承。
2）至于減速器所需的軸承，則因減速器類型的不同而有所差異，具體如下：
諧波減速器：配置了一個(gè)交叉滾子軸承和一個(gè)柔性軸承來(lái)協(xié)同工作；
行星減速器：在輸入與輸出端使用了球軸承，并需配備滾針軸承以支持行星輪的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；
RV減速器：則組合使用了3組（每組2個(gè)）滾針軸承與圓錐軸承，以及2個(gè)角接觸軸承來(lái)滿足其復(fù)雜的傳動(dòng)需求。
